过热金属熔体行为与非晶形成能力

本项目拟采用高温熔体X射线衍射仪、高温熔体物性测量仪等实验手段与计算机模拟技术相结合，研究过热金属熔体的脆性特征、幻数特征、短程键合有序、牛顿/非牛顿流变、相分离等一系列行为特征的内在联系与物理微观本质及其对非晶形成能力的影响。探索过热金属熔体的脆性特征、脆性与粘度的关系、粘度与温度和成分的相关性，以及与熔体结构的关系；过热金属熔体在凝固过程中起主导作用的基本原子团、各种原子团簇的尺寸分布的幻数特征，以及具有幻数特性的团簇的演变机制及稳定性；过热熔体中的相分离与复相非晶的形成、结构及稳定性的相关性等。建立过热金属熔体行为与非晶形成能力的定性及定量关系，制订非晶形成能力的相关判据。本项目的研究结果将有助于人们认识过热金属熔体行为的内在微观机制，理解非晶态合金形成的物理微观本质，对于指导非晶态合金的成分设计，拓宽非晶合金的应用具有重要的理论和实践意义。

固体金属结构源于熔体，块体金属非晶形成的奥秘存在于熔体中。本项目利用高温熔体X射线衍射仪、高温熔体物性测量仪并结合计算机模拟等手段，对金属及合金的熔体结构，物理性质，及其对非晶形成的影响进行了研究，主要创新成果如下：.1. 发现金属熔体的中程有序团簇结构是熔体淬火到固体非晶过程的遗传信息载体。在合金Au55Cu25Si20熔体中的中程序结构，是由以Si原子为中心的短程序团簇连接而成，在快速凝固的过程中，阻碍了Si原子的聚集，抑制了晶体Si的析出，促进了非晶的形成，从而揭示了金属玻璃转变的原子机制。.2. 发现熔体脆性（Melt fragility)概念不仅能够揭示不同类合金熔体的玻璃形成能力，而且也能揭示具有玻璃转变的其他物质，如树脂材料，糖类物质等的玻璃形成能力。 建立了合金熔体脆性和过冷液体脆性之间的内在联系。揭示了部分合金熔体存在的强-脆转变现象。 .3. 发现各种金属和合金凝固过程中由不同数目基本原子团的不同组合所形成的不同层次的团簇结构，其尺寸分布都具有明显的幻数特性，且各有特点，可作为相互识别的另一重要特征，同时，金属熔体团簇的类型与其结合键型有关，键长是温度的函数，在过冷条件下会发生突变，熔体脆性增大，幻数特性增强，当形成二十面体结构时，熔体玻璃形成能力增加。.4. 发现熔体的初始温度越高，越有利于非晶态结构的形成与稳定，熔体初始温度的高低对其凝固微结构影响的大小呈现非线性变化关系，且在一定的范围内涨落。建立了熔体淬火温度与玻璃形成能力的直接关系，找到了一条提高非晶塑性的新途径。.5. 发现非晶材料具有优异的催化性能和良好的抗菌性能。铁基非晶材料可以快速，高效催化降解以苯酚废水为代表的有机废水和高浓度工业废水，可以在更短的处理时间内大大提高催化降解效果，并将铁基非晶的催化特性应用在现有工业废水的批量处理之中。.本项目已发表SCI收录论文67篇，获国家发明专利2项，博士研究生毕业10人。